环境工程原理概述

u22 2
...
PA热量RT FO传U递 R
热量传递
依靠物质粒子的振动， 位移，相互碰撞产热
q Q T
A y
q cpT
导温系数a，热量传播能力
cp y
定义
傅立叶定 律
a c p
导热 系数
定义
分子不规则热运动， 对流必伴随导热
热传 导
热对 流
热量传递
对流 传热 机理
流体不同情况下，传热机理不同 传热边界层，普兰德数Pr=
对流传
牛顿冷却定律
热速率
保温层的临界直径
v μc p a
QAT推 阻动 力力 1T A
热传导
通过平壁的稳定热传 导
通过圆管壁的稳定热传 导
无限大平壁，忽略边缘传热，只沿垂 直于壁 面方向 变化
单层平壁
Q T R
q T r
R b A
r b
导热（速率）热阻 k/w 导热通量热阻 m2*k/w
多层平 壁
封闭系统
开放系统
E静压
HPHFEqQW
能量衡算
稳态无积累 Eq=0
稳态无积累 Eq=0
H P H F Q q m H 2 H 1
无相变
HcpT
开放系统
封闭系统
有相变
Qq r m
r 为饱和蒸汽
冷凝潜热 kJ/kg
HPHF
EQ=Q
无相
EQ变memcpTQ
有相变
L为潜
EmLQ Q
热
kJ/kg
内摩擦
适用于层流
力
阻力损 失
流体流 动
质量衡 算
衡算方 程
不可压缩流体管内 流动的连续方程
uAu A m1 1 m2 2
圆形管道
2
u m1 um2
d d
m2 m1
管路计 算
边界层理 论
能量衡
算
总能量衡算
e1 2um 2g zpQ eW e
伯努利方程 hf 0 We 0
1 2um2gz p0
拓展不 湍可 流压 1缩流为体常1 2数 um2gz pW e hf
稳态非反应系统
稳态反应 系统
t
qm 1qm2
0 t qmr 0
qm1 qm2
能量衡算
一般默认系统环 境无做功，即 W=0
Tip:
Eq表示共同积累，
包括物料积累， 吸放热和做功
”基准”一般为单 位质量，1kg
vs 封闭系
只有能统量穿过边界
开放系统
能量和物质都能
穿过
EQW
能量衡算
内能
E
E势
机械能 E动
4
0
沉降
Future Prospect
6
0
吸收
Absorb
8
P质A量衡R算T TWO 与
能量衡算
质量衡算与能量衡算
01 常用物理量
02
质量衡算
能量衡算
03
常用物理量
量纲
V
用来描述物体或系统物理状态的 S
可测量性质
基本量 质量 长度 时间 温度 【M】【L】【t】【T】
导出量：可由基本量的量纲的组合形式表示
Pf
1
3 2μuml d2
u
um ax1
r r0
n
n=6
n=7
64 f Re
4104 Re 1.1 1.1105 Re 3
阻力损 失
n=10 Re 3.2106
流体流动-管路计算
简单管路计算 （无分支）
管路计算
复杂管路计算
各管段质量流量不变 不可压缩流体 qv1qv2 ..常 . 数
阻力损失 hf hf1hf2...
分支管路
不可压缩流体
q v q v 1 q v 2 q v 1 q v 3 q v 4A qv
阻力损失分段计算
总机械能一定
F
qv4
B qv2 D
E
qv1
C
并联管路
对于不可压缩流体 a 总流量等于各支路流量之和 b 各支路阻力损失相等
c
1
l1 d1
u12 2
2
l2 d2
目录
CONTENTS
0
绪论
Introduction
1
0
流体流动
Fluid Flow
0
3 质量传递 Practical Application
5
0
过滤
Filter
7 0
吸附
Absorb
9
0 2
质量衡算与能量衡
Mass Balance and Energy Balance
算
0
热量传递
Experimental Method
流体流动--边界层理论
绕平板流动的边界层
流动状态转变时的临界雷诺数
Rex
xeu0
μ
层流的边界层厚度，
x
4.641 Rex
0.5
湍流边界层的厚度，
x
0.376 Rex
0.2
ρ和μ为定值，厚度仅与流 速有关，流速越大，边界 层厚度越小。
流体流动--边界层理论
圆直管流动的边界层
层流边界层厚度，边界层交汇于管中心，则边界层厚
单层
圆管壁的传热面积随半径发生变化
表面间空隙形成附加热阻--接触热阻r0
Q
T1 Tn 1 n bi
i1 i A
Q T1 T2 R
r总b11
b2wk.baidu.com
ln2
r0
r2
.
..
R
r1
2π L
Q 2 π rm LT 1 bT 2A mT 1 bT 2
rm
r2 r1 ln r2
对数平均半径 rm
r1
多层
度 再变化。
u 0 当 较小的时候，进口段形成的边界层交汇时，流态为层流
等于圆管半径，且不
进口段lde 长 0.0度 57Re5
湍流边界层厚度，
当u0.82umax ud
Re μ
b
d
61.5
R 0.875 e
u 0 当 较大的时候，进口段形成的边界层交汇发展为湍流
流体流动-阻力损失
影响因素
粘性流体的内摩擦阻力
形体阻力——压差阻力
阻力损失通式 范宁公式
取决于流体的流动特征，物
体的表面特征。如雷诺数，
Pf
物体l形状u m，2 表面f粗范糙宁度摩擦因子f
d2
阻力损失
圆直管内 沿程阻力 损失
层流
速率分 布
湍流
（复杂，P68）
速率分 布
管道局部阻力损失P79
u
8 s
2
4
f
m
um
umax 2
摩擦系 数
阻力损 失
无量纲准 数
各种变量和参数组合成的没有单位的 群数
例如： 雷诺系数 Re Re=ρuL/ μ
(意为惯性力与粘性力之比，用于判断 物体流动状态。)
常用物理量
质量衡算
vs 稳态系
位统置 时间
非稳态系统
位置 时间
u入u出u转化 u积累
qm rkρV 总质量衡算 qm1qm2 qmrddm t
质量衡 算
Q
T1 T n 1
n
bi
A i 1 i mi
Am
A2 A1 ln A2
A1
当 r2 2时， r1
算术均值代替对数均值
热对流
总传热速率方程
Q
Th Tc
11A1
b Am
1 2A2
平管或薄管壁
R 传热总热阻
rs 污垢热阻 间壁热阻
1k1rs1bAAm 1 rs2
A1 A2
A1
番外小总结 · 仅供参考
稳 态 0 t
无外界做
功W0
绝热
Q0
水
Z平0
E势=0
不可压缩流
体
E密静度压不变Pv
P ρ
圆直管内稳态流
um不变
u d m1
u d m2
2 m2
m1
E动=0
PA流体RT TH流R动EE
流体流 动
湍流 剪切应力
μ
du dy
牛顿粘性定
F μdux
A
dy
μ律 动力粘性系数（黏度）